工程地质学第五章地下水

第五章 地下水
• 第一节 地下水的基本概念 • 第二节 地下水的类型
• 第三节 地下水的补给、径流与排泄
第一节 地下水的基本概念
地下水是指存在于地表以下岩石空隙 (孔隙、裂隙和溶
隙)中的水。 一、岩石的空隙 ★ 孔隙——松散介质中颗粒或颗粒集合体之间呈小孔状分 布的空隙。 ★裂隙——岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用影响 产生的空隙。 ★溶隙——可溶岩(石灰岩、白云岩等)中的裂隙经地下 水 流长期溶蚀而形成的空隙。
4、地下水的浮托作用
建筑物基础底面位于地下水位以下时，地 下水对基础底面产生静水压力，即浮托力。
5、基坑突涌
建筑基坑存在承压水时，当开挖基坑减少了基坑底部 隔水层的厚度，当隔水层较薄时承压水的水头压力冲破 基坑底部的现象。 基坑 其后果是基坑冲毁，地基破坏 。
M wH
6、地下水对钢筋混凝土的腐蚀
2、潜水 ——埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力 水。
★ 潜水面 ★ 潜水位 ★ 潜水的埋藏深度 ★潜水含水层的厚度
地表地形的影响
(1)
潜水面的起伏经常与地形一致，只是比 地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的 形态具有相似性。
(2)当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；
含水层厚度的影响
地下水某些成分含量过多时，对砼可溶性石料，管 道、钢铁等都有侵蚀危害。 结晶类腐蚀 分解类侵蚀 结晶分解复合类侵蚀
作业题：
1. 潜水和承压水有什么区别？
2. 分析潜水等水位图主要用途。
3. 地下水对工程有哪些影响，简述之。
承压水的分布
——自流斜地
承压水具的特征： 无自由水面，并承受一定的静水压力。 承压含水层的分布区、补给与区排泄区分布不一致。 承压水的水位、水量比较稳定，受气候影响小。
承压水不易受地面污染。
承压水等水位线图
——是承压水面上高程相等点的连线图。等水位线图上 必须附有地形等高线和顶板等高线。 从承压水等水位线图可获得如下信息： 确定承压水流向：垂直于等水压线的方向为承压水流向， 箭头由高水位线指向低水位线。 确定水力坡度：顺流向取两点，两点间的高差与其水平
距离之比为该段的 水力坡度。
等水位线密，水力坡度大； 等水位疏，水力坡度小。
确定初见水位、承压水位埋深及承压水头大小。
二、按地下水的含水层性质分：
—— 孔隙水、裂隙水、岩溶水 孔隙水 广泛分布于第四纪松散沉积物中，其分布规律主要 受沉积物的成因类型控制。
孔隙水最主要的特点是其水量在空间分布上连续性
土样
四、地下水与工程
1、地基沉降(大量抽取地下水)
（1）松散沉积层中进行深基础施工时，人工降低地下 水位——使周围土层产生固结沉降。 （2）生活用水抽水时在水周围形成降水漏斗——使周 围建筑物或地下管线产生不均匀沉降，甚至开裂。
2、 流砂
流砂——地下水自下而上渗流时产生流动的现象，
它与地下水的动水压力有密切关系。
潜水的补给 ——大气降水
承压水的补给 ——大气降水
潜水的补给 ——地表水的补给
河流补给潜水
承压水的补给 ——地表水
当补给区位于河床地带时，地表水才可以 成为补给来源。
二、地下水的排泄
⑴蒸发;
⑵泉的排泄；
⑶向地表水排泄；
⑷含水层之间的排泄；
(5)人工排泄。
潜水的排泄 ——泉
承压水的排泄
——泉
喀斯特水。 岩溶水空间分布极不均匀，动态变化强烈，
流动迅速，排泄集中。
第三节 地下水的补给、径流与排泄
一、地下水的补给
含水层中地下水从外部（如大气降水、 地表水等）获得大量补充的过程称为地下水 的补给。
补给方式：
⑴大气降水补给; ⑵地表水的补给； ⑶含水层之间的补给； I.越流补给；II.直接补给 (4)人工补给
(a) 分选良好排列疏松的砂
(b) 分选良好排列紧密的砂
(c) 分选不良含泥砂的砾石
(d) 部分胶结的砂岩
(e) 具有裂隙的岩石
(f) 具有溶隙的可溶岩
二、含水层、隔水层与透水层
透水层：允许水透过的岩层。
隔水层：不能给出并透过水的岩层。
含水层：饱水的透水层。
三、地下水的物理化学性质
1、地下水的物理性质
好，相对均匀。孔隙水一般呈层状分布，同一含水层中的 水有密切的水力联系，具有统一的地下水面。
★ 裂隙水
埋藏于基岩裂隙中的地下水。 由于岩石中裂隙大小悬殊，分布不均匀，所以裂隙 水的埋藏、分布和水动力性质都不均匀。根据裂隙成因不 同，可分为风化裂隙水、成岩裂隙水与构造裂隙水。 ★ 岩溶水 埋藏在可溶岩裂隙、溶洞及暗河中的地下水，又称
淡水(总矿化度＜1g/L)
微咸水(1～3g/L) 碱水(3～10g/L)
盐水(10～50g/L)
卤水(＞50g/L)
第二节 地下水的类型
按地下水的埋藏条件分： 上层滞水、潜水、承压水
按地下水的含水层性质分： 孔隙水、裂隙水、岩溶水
一、按埋藏条件分类
1、上层滞水
存在于包气带中局部隔水层之上的地下水。
V=KI
Q: 流量 (m3/d) A: 过水断面的面积 (m2) L: 渗径 I: 水力坡度 K: 渗透系数(m/d) I : 表示单位渗径的水头损失 V:地下水的渗流速度(m/d)
常水头试验
截面1 h1
L
h2
截面2
A:水箱 截面积
Q
水箱
L： 渗透路径 h1: 截面1水头 h2 ：截面2水头 Q: 流量
温度 颜色 透明度 气味 味道 比重 导电性 放射性等
2、地下水的化学成分
地下水的化学成分可呈离子、分子、化合物和气体状态，
而以离子状态为最多。
气体有：Ｏ2、Ｎ2、CO2、Ｈ2Ｓ等； 常见的离子有：Clˉ、SO4² ˉ、HCO3ˉ、K+、Na+、
+ + Ca²、Mg²等七种;
化合物有：Fe2Ｏ3、Al2Ｏ3、SiO2等；
从潜水等水位线图可获得如下信息：
确定潜水流向；
确定水力坡度；
确定潜水埋深，判断 泉水、沼泽出露点； 确定潜水与地表水之 间的关系；
确定引排水工程的位
置。
例题：下图为某地两条河流两侧的潜水位等值线示 意图，可反映河流与潜水补给关系的一般情况。图中数 字表示潜水位（单位：米）。读图判断（） A. a图河流和b图河流均自南向北流 B. a图河流自北向南流，b图河流自南向北流 C. a图潜水补给河流，b图河流补给潜水 D. a图河流补给潜水，b图潜水补给河流
当侵蚀面下切达到承压含水层时，就以泉 水形式排泄。
承压水的排泄
——泉
导水断层切断含水层时，沿断层带，承压 水也可以泉的形式排泄。
潜水的排泄
——向地表水排泄
潜水补给河流
承压水的排泄
——地表水
河谷下切至含水层，则承压水向地表水排 泄。
三、地下水运动的基本定律 ——达西定律
h1 h2 Q K A K A I L
总硬度＝暂时硬度＋永久硬度
极软水(＜4.2度） 软水(4.2-8.4度)
微硬水(8.4-16.8度)
硬水(16.8-25.2度) 极硬水(＞25.2度)
我国硬度的表示常用德国度：1度＝10mg（CaO）/L或7.2mg（MgO）/L
★ 矿化度(M) 地下水中各种离子、分子与化合物的总 量称矿化度，以g/l或mg/l为单位。
(3)当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。
岩层透水性的影响
潜水的特征：
潜水与大气相通，具自由水面，为无压水； 潜水的补给区、分布区与排泄区一致，直接接受大气 降水补 给。旱季时，常以蒸发形式排泄； 潜水的水位、水量随季节不同而有明显变化；
潜水水质易受地面污染的影响。
潜水等水位线图——就是潜水面上高程相等各点的连线
还含有有机质和细菌成分。
3、常用指标（
★ 酸碱度(pH值)
对工程建设中水质评价有重要意义）
地下水的酸碱度指的是氢离子浓度，常以pH值表示。 地下水按pH值分类
分类
pH值 强酸性水 < 5.0 弱酸性水 5.0~7 中性水 7 弱碱性水 7~9 强碱性水 >9
pH＜6的水能侵蚀铁。
★硬度：水中Ｃa² +和Mg² 的含量。 + 可分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。
3、承压水
——是充满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。
o
o’
H1——初见水位， H2——承压水位， H——承压水头 h——承压水位埋深，M——承压含水层厚度， OO‘——基准 面承压水的分布 ——自流盆地
1——承压含水层， 2—— 隔水层，3——自流井， 4——非自流井，5——干井 6——承压水位， 7——潜水位， 8——地下水流向， 9——上升泉 A——补给区， B——承压区，C——排泄区，D——自流区
产生流砂的条件：1）地下水动水力大于土粒的浮重度 ； 2）地下水水力坡度大于临界水力坡度 ；
危害：
流砂——土体流动——地表塌陷或建筑物的地基破坏。 防止措施：1)人工降低地下水位;2 )打板桩;3)冻结法等。
Δh
3、潜蚀
1）机械潜蚀：土粒在地下水的动水力作用下受到冲 刷，将细粒土冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的过程。 2）化学潜蚀：地下水溶解土中的易溶盐分，使土粒 间的结合力和土的结构破坏，土粒被水带走，形成洞穴的 作用。 由人类工程活动所引起的这种现象叫管涌。